Community detection is a fundamental problem in computational sciences with extensive applications in various fields. The most commonly used methods are the algorithms designed to maximize modularity over different partitions of the network nodes. Using 80 real and random networks from a wide range of contexts, we investigate the extent to which current heuristic modularity maximization algorithms succeed in returning maximum-modularity (optimal) partitions. We evaluate (1) the ratio of the algorithms' output modularity to the maximum modularity for each input graph, and (2) the maximum similarity between their output partition and any optimal partition of that graph. We compare eight existing heuristic algorithms against an exact integer programming method that globally maximizes modularity. The average modularity-based heuristic algorithm returns optimal partitions for only 16.9% of the 80 graphs considered. Additionally, results on adjusted mutual information reveal substantial dissimilarity between the sub-optimal partitions and any optimal partition of the networks in our experiments. More importantly, our results show that near-optimal partitions are often disproportionately dissimilar to any optimal partition. Taken together, our analysis points to a crucial limitation of commonly used modularity-based heuristics for discovering communities: they rarely produce an optimal partition or a partition resembling an optimal partition. If modularity is to be used for detecting communities, exact or approximate optimization algorithms are recommendable for a more methodologically sound usage of modularity within its applicability limits.


翻译:社区检测是计算科学中的一个基本问题,具有广泛的应用于各种领域。最常用的方法是根据网络节点的不同分区设计的最大化模块度算法。使用来自广泛背景的80个真实和随机网络,我们研究当前启发式模块度最大化算法在返回最大模块度(最优)分区方面成功的程度。我们评估了(1)每个输入图形的算法输出模块度与最大模块度之间的比率以及(2)它们的输出分区和该图形的任何最优分区之间的最大相似度。我们将八种现有的启发式算法与通过全局最大化模块度实现的精确整数编程方法进行比较。平均基于模块度的启发式算法仅返回80个考虑的图形中的16.9%的最优分区。此外,关于调整后的互信息的结果显示,次优分区与我们实验中任何优化分区之间存在实质性的差异。更重要的是,我们的结果表明,接近最优分区往往与任何最优分区都不成比例不同。综上所述,我们的分析指出常用的基于模块度的启发式算法出现了一个关键限制,即他们很少生成一个最优的分区或类似最优的分区。如果模块度用于检测社区,请推荐使用精确或近似优化算法,以在模块度的适用限制范围内更加方法论地使用模块度。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ICDM 2022教程】图挖掘中的公平性:度量、算法和应用
专知会员服务
27+阅读 · 2022年12月26日
专知会员服务
27+阅读 · 2021年7月20日
专知会员服务
58+阅读 · 2021年4月29日
专知会员服务
12+阅读 · 2021年3月13日
NeurlPS2022推荐系统论文集锦
机器学习与推荐算法
1+阅读 · 2022年9月26日
一些关于随机矩阵的算法
PaperWeekly
1+阅读 · 2022年7月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
LibRec 精选:推荐系统的常用数据集
LibRec智能推荐
17+阅读 · 2019年2月15日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月4日
VIP会员
相关资讯
NeurlPS2022推荐系统论文集锦
机器学习与推荐算法
1+阅读 · 2022年9月26日
一些关于随机矩阵的算法
PaperWeekly
1+阅读 · 2022年7月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
LibRec 精选:推荐系统的常用数据集
LibRec智能推荐
17+阅读 · 2019年2月15日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员